Zum Corona-Überblick: Alle Zahlen zu SARS-CoV-2 in Deutschland
Das Durcheinander ordnen. Am Montag erhält Giorgio Parisi den Physiknobelpreis für seine „bahnbrechenden Beiträge zur Theorie komplexer Systeme, insbesondere zum Wechselspiel von Unordnung und zufälligen Schwankungen“. Foto: Sapienza Università di Roma/dpa
© Sapienza Università di Roma/dpa

Von Partybussen, Preisproblemen - und dem Papst Giorgio Parisi, der Dompteur des Chaos

Am Montag bekommt der Physiker den Nobelpreis. Parisi hat das Komplexe greifbarer gemacht. Doch seine jüngste Herausforderung harrt noch einer Lösung.

„In der Physik gibt es viele einfache Probleme, die komplexe Lösungen haben.“ Das sagt Giorgio Parisi, der sich Zeit seines Forscherlebens mit Komplexem und Kompliziertem befasst hat. Er weiß nur zu gut, dass dies nicht allein für sein Fach gilt. Schließlich hat er ebenso in der Zoologie und Genetik, in der Informations- und Klimawissenschaft sowie als Präsident der Akademie der Wissenschaften Italiens gearbeitet.

Parisi sind entscheidende Durchbrüche gelungen, wenn es darum ging, das Komplexe greifbarer, berechenbarer zu machen. Wie groß die Mühen waren, lässt sich allenfalls erahnen, wird ihm doch nachgesagt, er könne Lösungen intuitiv erraten, wo andere mühsam rechnen müssten.

Wenn Unordnung und Zufall wechselwirken

Seine Forschung wurde vielfach ausgezeichnet. Am heutigen Montag wird dem 73-Jährigen die größte denkbare Ehrung zuteil, der Nobelpreis. Wie im vergangenen Jahr werden pandemiebedingt nicht alle Preisträger zur festlichen Verleihung nach Stockholm reisen. Sie erhalten dann Urkunde und Medaille von den jeweiligen Botschaftern in ihren Heimatländern. Der Festakt für Parisi ist an der Universität La Sapienza in Rom geplant. Seine Nobelvorlesung wird, wie die der anderen Preisträgerinnen und Preisträger, gestreamt.

Der Physiknobelpreis wird ihm für seine „bahnbrechenden Beiträge zur Theorie komplexer Systeme, insbesondere zum Wechselspiel von Unordnung und zufälligen Schwankungen“ verliehen, hieß es bei der Verkündung Anfang Oktober. Was damit gemeint ist, erklärt Parisi folgendermaßen: „Stellen Sie sich eine Party mit hundert Leuten vor. Die geht zu Ende und die Gäste wollen mit zwei Bussen zu einer weiteren Location fahren.“

Natürlich möchte man lieber mit denjenigen in einem Bus sitzen, die man mag, als mit denen, die einem unsympathisch sind. Im Idealfall teilen sich alle Gäste auf die beiden Busse auf und sitzen in angenehmer Gesellschaft. Wollte man eine Person fragen, ob sie in den anderen Bus wechseln wolle, würde sie frustriert ablehnen, weil sie sich ja gerade so gut unterhält. Aber vielleicht lässt sich ein Paar zweier Gesprächspartner gewinnen, das zusammenbleiben kann?

Die Sympathie-Kennziffer

„Das lässt sich alles berechnen, indem man für jede Person Kennziffern nutzt, die Sympathie und Antipathie beschreiben, und so das Ganze optimiert“, sagt Parisi. Mit der Zahl der Personen steigt die Komplexität, bei zwei Bussen mag es noch gehen. „Bei einer Million kann man das nicht mehr berechnen.“ Doch eine Annäherung ist möglich.

Das Glück von Partygästen ist allerdings nicht das Thema seiner nun erneut ausgezeichneten Forschung, sondern Spingläser. So werden Materialien bezeichnet, in denen die magnetischen Momente der Atome (Spins) ungeordnet in verschiedene Richtungen weisen. Sie bilden dann eine ungeordnete Struktur - wie ein Glas, und anders als etwa ein Kristall. Spingläser sind Studienobjekte für verschiedenste komplexe Systeme, etwa neuronale Netze. Sie zu verstehen und mathematisch zu beschreiben, verspricht zahlreiche Anwendungen.

Parisi bändigte das scheinbare Chaos mithilfe des „Replika-Tricks“. Dabei werden viele Kopien desselben Systems, die sich jeweils nur in winzigen Details unterscheiden, analysiert. Der Trick war in den 1970er Jahren schon bekannt, ließ sich aber nicht auf Spingläser anwenden. Das gelang erst Parisi 1979. Er entdeckte ein verborgenes Muster in den Replikas und konnte dies mathematisch beschreiben. Noch war seine Lösung etwas intuitiv, Mathematiker verfeinerten und verbesserten die Formeln in den folgenden Jahren.

Zufall und Chaos überall, und Parisis Arbeiten mittendrin

„Seine Erkenntnisse werden heute in vielen Disziplinen genutzt, in der Klimaforschung, Optimierungstheorie, in neuronalen Netzen für schnelle Bildanalysen oder Spracherkennung, in der Hirnforschung und in Modellen für soziale Netzwerke, die die Meinungsbildung der Gesellschaft beschreiben“, sagt Eckehard Schöll, Professor für Nichtlineare Dynamik und Kontrolle an der TU Berlin und Gastwissenschaftler am Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung.

Er forscht unter anderem daran, wie Stromnetze organisiert und betrieben werden müssen, damit sie stabil bleiben. Solche Netze seien „nicht statisch, es gibt permanent Änderungen durch viele Einspeiser und noch mehr Verbraucher“, erläutert der Physiker. Viele kleine, zufällige Abweichungen können sich verstärken und das System destabilisieren: Einzelne Leitungen etwa fallen aus, und am Ende können ganze Regionen ohne Stromversorgung sein. „Um einen Blackout zu verstehen und dann zu verhindern, könnten auch Parisis Methoden genutzt werden“, sagt Schöll.

Eiszeiten, Klimaerwärmungen

Die stochastische Resonanz – Verstärkung von kleinen periodischen Veränderungen durch zufällige Schwankungen – habe Parisi entdeckt, als er die regelmäßige Wiederkehr der Eiszeiten alle 100 000 Jahre erklären konnte, ergänzt der TU-Forscher. Diese lassen sich mit den geringfügigen Variationen der Umlaufbahn der Erde oder der Solarkonstante allein nicht erklären. Erst das Zusammenspiel mit scheinbar irregulären zufälligen Schwankungen führte zu regelmäßigen Eisvorstößen aus dem Norden.

In der Forschungsarbeit von 1982 zitiert Parisi unter anderem den deutschen Physiker und Klimaforscher Klaus Hasselmann, der für seine Arbeiten nun ebenfalls den Nobelpreis erhält. Parisi forschte auf vielen weiteren Gebieten, etwa zum Wachstum von Halbleiterkristallen und deren Oberflächenrauigkeit. Das inspirierte wiederum Arbeiten zu Tumorwachstum oder Turbulenzphänomenen. Er analysierte außerdem die Flugdynamik in großen Vogelschwärmen.

Parisi war und ist nicht nur Forscher, sondern ein engagierter Bürger Italiens. Vielfach forderte er, die Wissenschaft im Land zu stärken, gerade jungen Kolleginnen und Kollegen eine Perspektive zu bieten. Vor etlichen Jahren setzten er und weitere Professoren sich dafür ein, dass ein Auftritt von Papst Benedikt XVI. zur Eröffnung des akademischen Jahres an der Universität La Sapienza unterblieb, berichtet die „NZZ“. Sie wollten nicht, dass - zumal zu einem solchen symbolträchtigen Termin - kreationistische Auffassungen vom Katheder verkündet wurden.

Forschung erzeigt kein Defizit

Zuletzt war er drei Jahre lang Präsident der Accademia dei Lincei, der nationalen Akademie der Wissenschaften Italiens. Es ist eine traditionsreiche Einrichtung, die es seit mehr als vier Jahrhunderten gibt. Doch was ist das wert, wenn gerade in der Physik große Fortschritte in China erzielt werden, gewaltige Forschungsanlagen dort in kurzer Zeit aufgebaut werden, während in Europa noch diskutiert wird?

„China hat verstanden, dass die Zukunft einer Gesellschaft auf Wissenschaft basiert und sie investieren viel mehr als wir“, sagt Parisi. Das müsse sich ändern, mehr Investitionen und stabile Budgets seien nötig. Er folge dem Europapolitiker Jacques Delors, der argumentierte: Investitionen in Forschung und Entwicklung sollten nicht als Staatsausgaben im Sinne des Maastricht-Defizits angesehen werden. Dieses besagt, dass das Finanzierungsdefizit eines Mitgliedstaates drei Prozent des Bruttoinlandsproduktes (BIP) nicht überschreiten darf. „Jedes Land sollte großes Interesse haben, in Forschung und Entwicklung, in seine Zukunft, zu investieren.“

Im August endete Parisis Amtszeit als Akademie-Chef. Er wollte sich nun endlich wieder mehr der Physik widmen, erzählt er. Bis zum 5. Oktober, als bekannt wurde, dass er den Nobelpreis erhält. Bald antwortet sein Mailprogramm automatisch: „Am 7. Oktober hatte ich mehr als 1500 Emails zu beantworten, ich bitte für Verzögerungen um Nachsicht“. Es folgt der übliche Nobelpreis-Stress mit Interviews, Vorträgen, Empfängen. Für das einfache Problem – mehr Zeit zum Forschen – muss er nun wohl auch nach komplexen Lösungen suchen.

Zur Startseite